Draagbaar apparaat communiceert met biologische systemen om genexpressie te beheersen 

Draagbare apparaten zijn gangbaar geworden en winnen steeds meer terrein. Deze apparaten verbinden biomaterialen meestal met elektronica. Sommige draagbare elektromagnetische apparaten fungeren als mechanische energie-oogstmachines om energie te leveren. Op dit moment, er is geen “directe elektrogenetische interface” beschikbaar. Daarom kunnen draagbare apparaten niet rechtstreeks op genen gebaseerde therapieën programmeren. Onderzoekers hebben de eerste directe elektrogenetische interface ontwikkeld die transgenexpressie in menselijke cellen mogelijk maakt. Het heet DART (DC current-actuated regulatietechnologie) en maakt gebruik van een DC-toevoer om reactieve zuurstofsoorten te genereren die inwerken op synthetische promoters voor expressie. In een muismodel voor diabetes type 1 stimuleerde het apparaat onderhuids geïmplanteerde menselijke cellen om insuline vrij te geven, waardoor de normale toestand werd hersteld. bloed suikerniveau.  

Draagbare elektronische apparaten zoals smartwatches, fitnesstrackers, VR-headsets, slimme sieraden, brillen met internettoegang, bluetooth-headsets en veel gezondheidsgerelateerde apparaten zijn tegenwoordig gemeengoed en winnen steeds meer terrein, vooral op het gebied van gezondheid. Meestal verbinden niet-invasieve, gezondheidsgerelateerde apparaten biomaterialen (inclusief enzymen) met elektronica en worden ze gebruikt om mobiliteit, vitale functies en biomarkers in biovloeistoffen (zweet, speeksel, interstitiële vloeistof en tranen) te bewaken. Sommige draagbare apparaten, elektromagnetische apparaten, fungeren ook als mechanische energie-oogstmachines om energie te leveren.  

Onderling draagbare apparaten spelen een sleutelrol bij het verzamelen van gezondheidsgegevens van individuen die van pas kunnen komen bij het verstrekken van gepersonaliseerde gezondheidszorg, waaronder op genen gebaseerde therapieën. Typ 1 diabetes is zo'n aandoening waarbij een draagbaar bewakingsapparaat de expressie van insuline in subdermaal geïmplanteerde gemanipuleerde menselijke cellen zou kunnen stimuleren en beheersen om insuline af te geven en de normale bloedsuikerspiegel te herstellen. Apparaten zouden een elektrogenetische interface nodig hebben om genexpressie te beheersen. Maar omdat er geen functionele communicatie-interface beschikbaar is, blijven elektronische en genetische werelden grotendeels onverenigbaar en zijn wearables nog niet ontwikkeld om op genen gebaseerde therapieën.  

Onderzoekers aan de ETH Zürich, Bazel, Zwitserland zijn er onlangs in geslaagd een dergelijke interface te ontwikkelen waarmee een elektronisch apparaat kan communiceren met de genetische wereld door middel van laagspanningsgelijkstroom. Genaamd DART (gelijkstroom-aangedreven regeltechnologie), dit genereert niet-toxische niveaus van reactieve zuurstofsoorten om synthetische promoters reversibel te verfijnen. In een muismodel stimuleerde de toepassing met succes gemanipuleerde menselijke cellen die onder de huid waren geïmplanteerd om insuline af te geven en de bloedsuikerspiegel te herstellen.  

Op dit moment ziet DART er veelbelovend uit, maar het heeft de ontberingen van klinische onderzoeken doorstaan ​​en heeft zijn waarde bewezen in termen van veiligheid en werkzaamheid. In de toekomst kunnen draagbare elektronische apparaten met DART in staat zijn om direct metabolische interventies te programmeren. 

*** 

Referenties:  

1. Kim J., et al., 2018. Draagbare bio-elektronica: op enzymen gebaseerde op het lichaam gedragen elektronische apparaten. Acc. Chem. Res. 2018, 51, 11, 2820-2828. Publicatiedatum: 6 november 2018. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.accounts.8b00451  

2. Huang, J., Xue, S., Buchmann, P. c.s.. 2023. Een elektrogenetische interface om genexpressie van zoogdieren te programmeren door middel van gelijkstroom. Natuur Metabolisme. Gepubliceerd: 31 juli 2023. DOI: https://doi.org/10.1038/s42255-023-00850-7  

***